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數學公式

數學公式: 正多邊形內切圓計算器
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  1. Incircle and polygon areas

    Incircle and polygon areas: 正多邊形內切圓計算器

    Area of the inscribed circle and area of the regular polygon.

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結果

已產生內切圓對照表
10
列(每個邊數 n 一列)
n(邊形) 內切圓半徑 r 內切圓面積 S_c 多邊形面積 S_p
3 0.288675 0.261799 0.433013
4 0.5 0.785398 1
5 0.688191 1.48788 1.720477
6 0.866025 2.356194 2.598076
7 1.038261 3.386591 3.633912
8 1.207107 4.577636 4.828427
9 1.373739 5.928682 6.181824
10 1.538842 7.439398 7.694209
11 1.702844 9.109602 9.36564
12 1.866025 10.939185 11.196152

這個計算器的功能

本工具只要輸入正多邊形的邊長,就能算出它的內切圓(incircle),並回傳內切圓半徑、內切圓面積與多邊形面積。它不只給單一答案,而是依照你設定的起始值到結束值,逐一掃描邊數 \(n\),建立一張對照表,讓你能把三角形、正方形、五邊形、六邊形以及更多形狀並排比較。整個計算屬於純粹的幾何運算,只要長度單位一致,在任何地方都通用。

內切圓在每條邊中點處相切的正六邊形
正多邊形的內切圓在每條邊的中點處相切,其半徑為內切半徑 \(r\)。

使用方式

先輸入邊長 \(a\)(任何正數),再設定邊數的範圍:「正多邊形 \(n\)(起)」與「正多邊形 \(n\)(迄)」。由於多邊形至少需要三條邊,因此 \(n\) 從 3 開始。表格會為每一個整數 \(n\) 產生一列,最多 200 列。若只想得到單一結果,把「起」與「迄」設成同一個數字即可。

公式說明

內切圓(又稱內接圓)會切於每條邊的中點,其半徑就是多邊形的邊心距(apothem)。以弧度量角、設有 \(n\) 條長度為 \(a\) 的邊,則內切圓半徑為 $$r = \frac{a}{2\tan(\pi/n)}$$ 內切圓面積則套用標準圓面積公式 $$S_c = \pi r^2$$ 多邊形面積等於周長的一半乘以邊心距,化簡後為 $$S_p = \frac{n\,a^2}{4\tan(\pi/n)}$$ 由於當 \(n \geq 3\) 時 \(0 < \pi/n < \pi/2\),\(\tan(\pi/n)\) 永遠為正值,因此絕不會發生除以零的情況。

由多邊形中心、一條邊的中點和一個頂點構成的直角三角形,顯示內切半徑與半邊長
內切半徑 \(r\)、半邊長 \(a/2\) 與中心半角 \(\pi/n\) 構成一個直角三角形,由此得出公式。

實例演算

以單位正六邊形為例,\(a = 1\)、\(n = 6\)。此時 \(\pi/6 = 0.5235988\) 弧度,\(\tan(\pi/6) = 0.5773503\)。內切圓半徑為 $$r = \frac{1}{2 \times 0.5773503} = 0.8660254$$ 內切圓面積為 $$S_c = \pi \times 0.8660254^2 = \pi \times 0.75 = 2.3561945$$ 多邊形面積為 $$S_p = \frac{6}{4 \times 0.5773503} = 2.5980762$$ 正好等於已知的正六邊形面積 \(\frac{3\sqrt{3}}{2}\)。

常見問題

內切圓與外接圓有什麼差別? 內切圓位於多邊形內部,切於每條邊的中點;外接圓則通過所有頂點。本工具計算的是內切圓。

為什麼 \(n\) 增加時多邊形面積會變大? 因為邊長 \(a\) 固定不變,\(n\) 越大表示整個形狀實際上越大,所以兩者面積都會增加;多邊形的外形雖然會越來越接近內切圓,但面積仍持續增大。

使用的是什麼單位? 你為 \(a\) 輸入哪種長度單位就用哪種。長度結果以該單位呈現,面積則以該單位的平方呈現。

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